книги / Технология производства проводов

5. Эмалирование с помощью калибра роликового типа (рис. 3.5). Калибр 3 помещается в ванну с лаком 2 и вращается

внаправлении движения проволоки. Калибр 3 имеет канавку

вформе равностороннего треугольника. При вращении эта канавка заполняется эмаль-лаком, и через нее проходит провод 1, забирая необходимое количество лака. Излишек снимается пластиной – пружиной 4. Толщина изоляции провода будет зависеть от высоты равностороннего треугольника h, поэтому такие калибры изготавливают с различными значениями h, отличающимися на 0,01 мм. Для эмалирования проводов диаметром до 0,3 мм используются роликовые калибры, диаметром 0,06–0,3 мм – фет-

ровые обжимы и роликовые калибры, а диаметром свыше 0,3 мм – неразъемные калибры.

Рис. 3.5. Схема эмалирования с помощью калибра роликового типа

Одним из перспективных методов является эмалирование без применения растворителей. В этом случае покрытие на проволоку наносится из расплава смолы, которая в горячем состоянии имеет малую вязкость, а затем излишек полимерного покрытия снимается с помощью металлических калибров.

Используются также методы электроосаждения изоляции на движущуюся проволоку из водных растворов анионных смол, отвердение жидких покрытий под действием ультрафиолетовых лучей, вихревой метод нанесения изоляции из порошковых ма-

71

териалов. Оригинальным методом является наложение лака с помощью газового калибра. В сопло, образуемое вокруг проволоки, подается сжатый воздух, снимающий излишек лака.

Покрытия могут наноситься на проволоку также электрофоретическим путем из водных суспензий электроизоляционных материалов (для жаростойкой стеклоэмалевой или керамической изоляции).

Известен метод электростатического нанесения на проволоку порошковых материалов в псевдокипящем слое. Устройство имеет две камеры с псевдокипящим порошком, расположенным симметрично относительно провода. Электроды устройства находятся под высоким напряжением, в результате чего частицы порошка заряжаются и притягиваются к проволоке. Образующееся покрытие подвергается затем тепловой обработке с целью оплавления, или последующей полимеризации, или поликонденсации.

3.4. УДАЛЕНИЕ РАСТВОРИТЕЛЯ ИЗ ЭМАЛЬ-ЛАКА

Удалять растворитель из лакового покрытия необходимо с определенной скоростью, поэтому режим нагревания в эмальпечи должен быть таким, чтобы в изоляции отсутствовали газовые включения.

Скорость удаления растворителя из лакового покрытия определяется:

–диффузией растворителя внутри лаковой пленки (перемещением растворителя к поверхности пленки);

–внешним массообменом (испарением растворителя с поверхности пленки).

Скорость удаления растворителя зависит от того процесса, который идет медленнее.

Для оценки взаимосвязи между внешним массообменом

ивнутренней диффузией в эмалированном слое применяется массообменный критерий Био:

72

D ddUу = αм (Uм − U0 ),

где Uм – массовая концентрация растворителя на поверхности лака; U0 – концентрация растворителя в камере эмаль-печи.

3.4.1. Расчет концентрации растворителя для случая, когда скорость процесса определяется диффузией растворителя внутри пленки (Bi > 1)

Если допустить, что коэффициент диффузии не зависит от концентрации, то уравнение (3.1) имеет приближенное решение:

где Ct – массовая концентрация растворителя, % (средняя); C0 – начальная концентрация растворителя, %; – толщина изоляции за один проход.

Коэффициент диффузии зависит от температуры следующим образом:

где D0 – начальный коэффициент диффузии; ϕ – энергия активации процесса удаления растворителя.

Так как температура провода в процессе удаления растворителя изменяется в небольших пределах (20–150 °С), то вводим приближенное выражение, используя температуру в °С:

74

где a1 – коэффициент, характерный для данного типа лака (определяется экспериментально); D01 – условный начальный коэффициент диффузии; τ – температура, °С.

С учетом (3.3) зависимость (3.2) приобретает вид

Уравнение (3.4) получено с допущением, что коэффициент диффузии не зависит от времени. На практике же с изменением концентрации растворителя вязкость эмалированной пленки увеличивается и коэффициент диффузии уменьшается.

Предположим, что температура проволоки в процессе эмалирования изменяется по линейному закону:

τ = τ0 + Vнt,

где τ0 – начальная температура; Vн – скорость нагрева проволоки. Тогда

Подставим значение интеграла (3.5) в уравнение (3.4), тогда

Выражение (3.6) получено при условии, что коэффициент диффузии не зависит от концентрации растворителя.

На практике при удалении растворителя повышается вязкость эмаль-лака и перемещение растворителя к поверхности пленки уменьшается, поэтому выражение (3.6) описывает первый момент процесса удаления растворителя.

75

Чтобы описать весь процесс удаления растворителя, коэффициент диффузии разбивают на два коэффициента:

где С10, С20 – условные начальные коэффициенты концентра-

ции, %; С10 + С20 = С0; Д01, Д02 – условные начальные коэффициенты диффузии, м2/с.

Температура провода в печи изменяется не по линейному закону, а по сложному закону, который зависит от теплообменных процессов в эмаль-печи. Этот закон можно аппроксимировать малыми линейными участками.

Тогда решение уравнения (3.7) запишется в виде

где Vнn – скорость нагрева провода на n-м участке, °С/с,

Vнn = τn − τn−1 ;

tn

τn−1 – температура проволоки в начале n-го участка, °С; tn – время

прохождения проволоки на n-м участке, с.

Если эмаль-печь разделить на одинаковые участки по длине (или ширине), то

76

Но лак не является идеальным раствором, так как основу его составляет полимер. Количество растворителя в эмаль-лаках может достигать 70 %. Заменим кривую для давления паров растворителя на участке от 0 до 0,7 прямой линией (рис. 3.6), тогда

где р – коэффициент, учитывающий угол наклона прямой Рн.

Рис. 3.6. Зависимость Рн от концентрации растворителя: Р0 – давление паров растворителя на растворитель; Ри – давление паров растворителя на идеальный раствор; Рн – давление паров растворителя на полимер

Практически для всех применяемых растворителей С1 < 12 %. При такой концентрации лаковая пленка находится практически в твердом состоянии. Поэтому давление паров растворителя на лаковуюпленку малои Р1 в выражении (3.10) можнопренебречь, т.е.

Концентрация растворителя в камере эмаль-печи U0 мала, так как объем камеры намного больше количества растворителя, которое содержится в лаковой пленке, т.е. U0 ≈ 0. Тогда из выражения (3.9)

78

Предположим, что температура провода в процессе эмалирования изменяется по линейному закону:

Т = Т0 + Vнt,

где Т0 – начальная температура. Тогда

dT = Vн dt.

79

Эта формула справедлива, если температура проволоки в эмаль-печи изменяется по линейному закону. Если закон изменения температуры в эмаль-печи нелинейный, то реальную кривую температуры проволоки разобьем на n линейных участков, и выражение (3.17) примет следующий вид:

где Тn – 1 – температура проволоки в начале n-го участка; Тn – температура проволоки в конце n-го участка;

Выражение (3.18) позволяет рассчитать концентрацию растворителя для любой температурной кривой нагрева проволоки, если скорость удаления растворителя определяется внешним массообменом.

80